Zaawansowane silniki samochodowe o mniejszej emisji
Szacuje się, że do roku 2030 liczba użytkowanych samochodów prywatnych znacząco wzrośnie, co przełoży się na zwiększenie ilości zużywanego paliwa i emisji szkodliwych zanieczyszczeń. Dzięki opracowaniu lepszych systemów EMS hybrydowe układy napędowe będą wymagać mniej paliwa, a tym samym generować mniej spalin. Za najbardziej obiecujące technologie dla przyszłych systemów EMS uznaje się obecnie usprawnione, optymalne adaptacyjne systemy estymacji i sterowania ukierunkowane na poprawę dokładności szacowania momentu obrotowego i kontroli stężenia mieszanki powietrzno-paliwowej (AFR, Air-Fuel Ratio). To właśnie one stały się głównym celem finansowanego ze środków UE projektu AECE (Adaptive optimal estimation and control for automotive engine systems with approximate dynamic programming). Aby osiągnąć ten cel, uczestnicy projekty wykorzystali bio-inspirowane podejście, nazywane aproksymacyjnym programowaniem dynamicznym (ADP, Approximate Dynamic Programming), oraz wiele innych innowacyjnych technik adaptacyjnych. Dowiedziono, że zastosowane podczas prac algorytmy adaptacyjne cechowały się wysoką niezawodnością i zdolnością do zwiększania wydajności silnika. Zespół zbadał również możliwość zastosowania nowych systemów w silnikach wewnętrznego spalania oraz zmniejszenia kosztów poprzez zminimalizowanie liczby używanych przetworników sprzętowych. Ich działania obejmowały opracowanie, kalibrację i sprawdzenie poprawności różnych modeli silników przy użyciu specjalnego oprogramowania symulacyjnego. Zespół AECE stworzył też nowe, systematyczne, teoretyczne ramy adaptacji pozwalające szybko i wiarygodnie szacować wartości parametrów. Następnie zbudowano i zweryfikowano prosty, wiarygodny obserwator o nieznanym wejściu umożliwiający szacowanie momentu obrotowego silnika na podstawie zmierzonych wartości prędkości i momentu obciążeniowego. Innym osiągnięciem projektu jest pokonanie przeszkód związanych z opracowaniem optymalnego systemu sterowania adaptacyjnego układami nieliniowymi. W tym celu zdecydowano się zintegrować algorytm adaptacyjny z techniką ADP, a następnie rozszerzyć jego wydajność i zakres stosowania. Warto zauważyć, że zespół zbudował kilka dynamicznych symulatorów silnika przy użyciu komercyjnego oprogramowania oraz wykonał rozległe symulacje potwierdzające uzyskane wyniki (np. w zakresie estymacji momentu). Przeprowadził również kilka eksperymentów dotyczących sterowania AFR w silnikach dwucylindrowych z myślą o zweryfikowaniu nowych metod kontroli AFR. Wyniki badań są bardzo obiecujące pod względem regulacji AFR i redukcji emisji. Nowa strategia sterowania pozwala też zmniejszyć koszty i czas poświęcany na kalibrację offline. Wyniki projektu zostały przedstawione społeczności akademickiej i przemysłowej w postaci artykułów opublikowanych w renomowanych czasopismach oraz materiałach seminaryjnych i konferencyjnych, jak również udostępnione zaangażowanym w projekt uniwersytetom z Chin i Zjednoczonego Królestwa. Zaangażowanie przedstawicieli środowiska akademickiego i przemysłowego sprawi, że prawdopodobieństwo szybkiego opracowania bardziej wydajnych silników o mniejszej emisji staje się coraz większe.
Słowa kluczowe
Silniki, emisje, systemy sterowania silnikiem, układy napędowe, AECE, aproksymacyjne programowanie dynamiczne
